[发明专利]超导电流泵

说明书

一种超导电流泵被布置为使DC电流流过容纳在低温恒温器的低温外壳内的超导电路，包括在低温外壳外的转子和在低温外壳内的定子，转子和定子由低温外壳的热绝缘壁穿过的间隙分隔开，转子和定子至少部分地包括铁磁材料，以将磁通量集中在跨转子和定子之间的间隙并且穿过所述壁的磁路中，使得低温外壳外的转子的相对于低温外壳内的定子的运动感生出DC传输电流流过低温外壳内的超导电路。在低温外壳外的驱动电动机与内部转子之间没有耦合部，该耦合部可以引入到低温恒温器中的热泄漏路径，从而增加热负荷，从而增加将低温外壳内的冷却组件保持在所需的低工作温度所需的冷却功率。

技术领域

本发明涉及一种用于激励超导电路的超导电流泵。

背景技术

高温超导(HTS)线的商业化生产和应用已经得到公认。高温超导体材料是具有高超导转变温度(T_c)的Ⅱ型超导体，典型地使得T_c77K。由 HTS线缠绕的电磁线圈可以实现高磁场，这是由于当在低于T_c的温度下操作时在高电流密度下极低水平的热耗散。为了将温度保持在T_c以下，必须将超导线圈容纳在耦合到冷却源的低温恒温器内。电流通常经由包括由普通导电金属制成的电流引线的电路供应到HTS超导电路。这些电流引线穿过低温恒温器壁，以将超导电路连接到位于低温恒温器外壳外部的电流源。这种电流引线是在低温环境下的热负荷的重要来源，这是由于沿着在高电流下操作的电流引线的热传导和在电流引线内的电阻损耗。此外，附随的电流源和高电流电缆具有大的占用面积，不便于携带，并且昂贵。

低温超导(LTS)线(例如NbTi)通常用于形成电磁线圈。LTS线可以与超导接头连接，允许制造完全超导电路。完全超导电路可以用外部电流源激励，以便在去除外部电流源之后在电路周围保持持续的超导电流。目前，在制造情况下在HTS导体之间实现超导接头是不切实际的。因此， HTS电路不能在持续电流模式下操作，并且必须维持外部电流源始终连接以平衡超导电路中的电阻性接头中的损耗。

已经使用电磁感应来在没有到电路的物理连接的情况下在超导电路内生成电流。采用这种方案的装置先前被称为“超导DC发电机”或“超导磁通泵”。术语“磁通泵”用于指代在体超导材料内引入持久体磁化或产生围绕超导电路流动的净电流的范围广泛的设备。在本说明书中，术语“超导电流泵”指的是感生出围绕超导电路流动的净电流的设备。术语“旋转磁通泵”和“电流泵”在本说明书中可互换使用。

超导磁通泵可以大致分为开关型磁通泵或旋转型磁通泵。开关磁通泵没有移动部分，并且通过操作电路中的开关来实现磁通泵送。例如，国际专利申请公开WO2010/070319报告了一种通过使用可转换的磁性材料来磁化大块高温超导体(HTS)材料的磁通泵。旋转磁通泵具有包括转子的移动部分，转子相对于包含待激励的超导电路的部分的定子移动。转子承载磁通量源，例如一个或多个永磁体。转子位于定子附近，从而使来自源的磁通量穿透超导电路的一部分并且横贯超导体以在超导电路中感生出电流。旋转磁通泵需要转子和定子之间的间隙小于几毫米，以在定子处的超导电路元件中生成足够的磁通密度，以使得电流泵送能够发生。旋转部分位于低温恒温器内部，并且机械耦合部穿过低温恒温器壁以将转子连接到旋转运动源，例如电动机。旋转磁通泵已经与具有范围从NbTi(T_c＝9.2K)到YBCO(T_c≈95K)的各种转变温度的I型或II型超导材料一起使用。转子和定子可以方便地布置成径向通量几何形状或轴向通量几何形状或其组合。径向通量几何形状表示转子和定子件围绕共同的同心轴线布置，以使得磁通链路跨越定子和转子之间的径向间隙。轴向通量几何形状表示定子和转子件沿着公共轴线线性移位，以使得通量链路跨越形成在定子和转子之间的轴向间隙。例如，在国际专利申请公开WO2012/018265中报告的磁通泵布置具有承载一系列永磁体的转子，所述永磁体在HTS定子线附近旋转以在超导电路中感生出电流。

本发明的目的是改进已知的超导磁通泵及其在包括电磁线圈的超导电路中的应用或至少为公众提供有用的选择。